文章背景：
理論知識是實踐開發的基礎，對於產品研發來說更是如此，理論結合實踐纔可以開發出滿足市場需求的穩定產品。
1、基礎簡介
1.1、profile
profile 可以理解爲一種規範，一個標準的通信協議，它存在於藍牙從機中（服務端）；
藍牙組織規定了一些標準的 profile，例如 HID OVER GATT，防丟器，心率計等；
每個 profile 中會包含多個 service，每個 service 代表從機的一種能力。
1.2、service
service 可以理解爲一個服務，在 BLE 從機中有多個服務，例如：電量信息服務、系統信息服務等；
每個 service 中又包含多個 characteristic 特徵值；
每個具體的 characteristic 特徵值纔是 BLE 通信的主題，比如當前的電量是 80%，電量的 characteristic 特徵值存在從機的 profile 裏，這樣主機就可以通過這個 characteristic 來讀取 80% 這個數據。
1.3、characteristic
characteristic 特徵值，BLE 主從機的通信均是通過 characteristic 來實現，可以理解爲一個標籤，通過這個標籤可以獲取或者寫入想要的內容。
1.4、UUID
UUID，統一識別碼，我們剛纔提到的 service 和 characteristic 都需要一個唯一的 uuid 來標識；
每個從機都會有一個 profile，不管是自定義的 simpleprofile，還是標準的防丟器 profile，他們都是由一些 service 組成，每個 service 又包含了多個 characteristic，主機和從機之間的通信，均是通過characteristic來實現。
2、BLE GATT 簡介
低功耗藍牙 BLE 的連接是建立在 GATT (Generic Attribute Profile) 協議之上的；
GATT 是一個在藍牙連接之上的發送和接收很短的數據段的通用規範，這些很短的數據段被稱爲屬性（Attribute）。
2.1、GAP 協議
詳細介紹 GATT 之前，需要了解 GAP（Generic Access Profile），它在用來控制設備連接和廣播；
GAP 使你的設備被其他設備可見，並決定了你的設備是否可以或者怎樣與合同設備進行交互；
例如：
Beacon 設備就只是向外廣播，不支持連接，小米手環就等設備就可以與中心設備連接。
2.1.1、設備角色
GAP 給設備定義了若干角色，其中主要的兩個是：外圍設備（Peripheral - 從機 - 服務端）和中心設備（Central - 主機 - 客戶端）。
外圍設備 - 從機：
這一般就是非常小或者簡單的低功耗設備，用來提供數據，並連接到一個更加相對強大的中心設備，例如小米手環；
中心設備 - 主機：
中心設備相對比較強大，用來連接其他外圍設備。例如手機等；
2.1.2、廣播數據
在 GAP 中外圍設備通過兩種方式向外廣播數據：
Advertising Data Payload（廣播數據）和 Scan Response Data Payload（掃描回覆）
每種數據最長可以包含 31 byte。這裏廣播數據是必需的，因爲外設必需不停的向外廣播，讓中心設備知道它的存在；
掃描回覆是可選的，中心設備可以向外設請求掃描回覆，這裏包含一些設備額外的信息，例如：設備的名字。
2.1.3、廣播的網絡拓撲結構
大部分情況下外設通過廣播自己來讓中心設備發現自己，並建立 GATT 連接，從而進行更多的數據交換；
也有些情況是不需要連接的，只要外設廣播自己的數據即可，用這種方式主要目的是讓外圍設備，把自己的信息發送給多箇中心設備；
因爲基於 GATT 連接的方式的，只能是一個外設連接一箇中心設備，使用廣播這種方式最典型的應用就是蘋果的 iBeacon。
2.2、GATT 協議
GATT 的全名是 Generic Attribute Profile，它定義兩個 BLE 設備通過 Service 和 Characteristic 進行通信；
GATT 使用了 ATT（Attribute Protocol）協議，ATT 協議把 Service, Characteristic 對應的數據保存在一個查找表中，查找表使用 16bit ID 作爲每一項的索引；
一旦兩個設備建立起了連接，GATT 就開始起作用了，這也意味着，你必需完成前面的 GAP 協議；
這裏需要說明的是，GATT 連接必需先經過 GAP 協議，實際上，我們在 Android 開發中，可以直接使用設備的 MAC 地址，發起連接，可以不經過掃描的步驟；
這並不意味不需要經過 GAP，實際上在芯片級別已經給你做好了，藍牙芯片發起連接，總是先掃描設備，掃描到了纔會發起連接；
GATT 連接需要特別注意的是：GATT 連接是獨佔的。也就是一個 BLE 外設同時只能被一箇中心設備連接；
一旦外設被連接，它就會馬上停止廣播，這樣它就對其他設備不可見了，當設備斷開，它又開始廣播；
中心設備和外設需要雙向通信的話，唯一的方式就是建立 GATT 連接。
2.2.1、GATT 連接的網絡拓撲
一個外設只能連接一箇中心設備，而一箇中心設備可以連接多個外設，ConnectedTopology 一旦建立起了連接，通信就是雙向的了，對比前面的 GAP 廣播的網絡拓撲，GAP 通信是單向的，如果你要讓兩個設備外設能通信，就只能通過中心設備中轉。
2.2.2、GATT 通信事務
GATT 通信的雙方是 C/S 關係，外設作爲 GATT 服務端（Server），它維持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定義；
中心設備是 GATT 客戶端（Client），它向 Server 發起請求，需要注意的是，所有的通信事件，都是由客戶端（也叫主設備，Master）發起，並且接收服務端（也叫從設備，Slave）的響應；
一旦連接建立，外設將會給中心設備建議一個連接間隔（Connection Interval）,這樣中心設備就會在每個連接間隔嘗試去重新連接，檢查是否有新的數據；
但是，這個連接間隔只是一個建議，你的中心設備可能並不會嚴格按照這個間隔來執行，例如你的中心設備正在忙於連接其他的外設，或者中心設備資源太忙；
2.2.3、GATT 結構
GATT 事務是建立在嵌套的Profiles, Services 和 Characteristics之上的的。
Profile 並不是實際存在於 BLE 外設上的，它只是一個被 Bluetooth SIG 或者外設設計者預先定義的 Service 的集合；
例如心率 Profile（Heart Rate Profile）就是結合了 Heart Rate Service 和 Device Information Service；
Service 是把數據分成一個個的獨立邏輯項，它包含一個或者多個 Characteristic，每個 Service 有一個 UUID 唯一標識，UUID 有 16bit 的，或者 128bit 的，16bit 的 UUID 是官方通過認證的，需要花錢購買，128 bit 是自定義的，這個就可以自己隨便設置；
以 Heart Rate Service 爲例，可以看到它的官方通過 16bit UUID 是 0x180D，包含 3 個 Characteristic：Heart Rate Measurement, Body Sensor Location 和 Heart Rate Control Point，並且定義了只有第一個是必須的，它是可選實現的；
Characteristic在 GATT 事務中的最低界別的是 Characteristic，Characteristic 是最小的邏輯數據單元，當然它可能包含一個組關聯的數據，例如加速度計的 X/Y/Z 三軸值。
與 Service 類似，每個 Characteristic 用 16bit 或者 128bit 的 UUID 唯一標識，你可以免費使用 Bluetooth SIG 官方定義的標準 Characteristic，使用官方定義的，可以確保 BLE 的軟件和硬件能相互理解；
舉個例子：
Heart Rate Measurement Characteristic，這是上面提到的 Heart Rate Service 必需實現的 Characteristic，它的 UUID 是 0x2A37。它的數據結構是，開始 8 bit 定義心率數據格式，接下來就是對應格式的實際心率數據；
和 BLE 外設打交道，主要是通過 Characteristic。你可以從 Characteristic 讀取數據，也可以往 Characteristic 寫數據，這樣就實現了雙向的通信。所以你可以自己實現一個類似串口（UART）的 Sevice，這個 Service 中包含兩個 Characteristic，一個被配置只讀的通道（RX），另一個配置爲只寫的通道（TX）。
ESP32 Arduino 實現 BLE TX/RX 可以參考博客：
https://blog.csdn.net/liwei16611/article/details/80949777
refer：
https://blog.csdn.net/u013378580/article/details/52891462